基于静息态fMRI 对头针、重复经颅磁刺激治疗上肢运动功能障碍脑梗死的机制研究

曹玉婷，梁育源，赵 宁

（1.华中科技大学协和深圳医院/深圳大学第六附属医院康复医学科，广东 深圳 518000；2.湖南中医药大学研究生院，湖南 长沙 410000；3.深圳大学第六附属医院/华中科技大学协和深圳医院康复医学科，广东 深圳 518000）

据统计，65%～80%的脑卒中患者遗留上肢运动功能障碍［1］，很大程度地限制了患者正常的生活。脑卒中包括脑梗死和脑出血，脑梗死约占脑卒中患者的69.6%～70.8%［2］。因此，如何改善卒中患者上肢运动功能，减轻患者、家庭及社会的负担，已成为脑卒中康复的研究重点之一［3］。

研究证明，头针或重复经颅磁刺激（repeated transcranial magnetic stimulation，rTMS）均能调节卒中后大脑的可塑性［4-5］，改善患者的上肢运动功能［6-7］。目前，头针和rTMS 在卒中相关功能障碍康复中的联合应用已取得了进展［8-9］，但临床神经的可塑性机制仍不清楚。机制研究中关于卒中后半球间功能连接失调受到越来越多的关注，而体素镜像同伦连接（vowel-mirrored homotopic connectivity，VMHC）可计算双侧半球对称脑区等位体素之间在时间序列上自主神经活动的相关性［10］。基于此，本研究运用静息态fMRI 探讨头针、rTMS 治疗上肢运动功能障碍脑梗死潜在的神经生理学机制，现报道如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料 招募2019 年10 月至2021 年1 月华中科技大学协和深圳医院康复医学科收治及2020 年11 月至2021 年1 月福建中医药大学附属康复医院神经康复五科收治的脑梗死后潜在上肢运动功能障碍患者576 例。排除不符合纳入标准87 例、符合排除标准436 例、拒绝参加本课题2 例、已参加课题6 例、中途剔除及脱落11 例，最终纳入34 例，依据治疗方法分为头针组9 例、rTMS 组13 例和头针联合rTMS 组12 例。本研究经华中科技大学协和深圳医院伦理委员会（2018-092501）及福建中医药大学附属康复医院伦理委员会（2020KY-028-01）批准进行。

1.2 纳入、排除和剔除及脱落标准

1.2.1 纳入标准 ①参照《各类脑血管疾病诊断要点（1995）》［11］结合头颅CT 或MRI 确诊为脑梗死者，同时符合《中医内科学》［12］中的脑系病证部分卒中诊断标准；②卒中导致单侧肢体偏瘫；③生命体征平稳，意识清楚；④年龄18～80 岁；⑤患者或其监护人签署知情同意书。

1.2.2 排除标准 ①既往脑外伤史、肿瘤史、癫痫病史及精神疾病史；②既往遗留肢体运动障碍；③发病2 周内；④脑梗死合并出血；⑤有严重认知功能障碍而无法配合者；⑥非右利手；⑦体内有心脏起搏器、颅内有金属植入物，或有颅骨缺陷；⑧依从性较差。

1.2.3 剔除及脱落标准 不符合纳入标准而被误纳入或数据严重记录不全记为剔除病例。凡具有以下条件之一者，均属于病例脱落：①在研究期间，卒中症状加重或并发严重其他器官疾病者；②未完成研究干预计划2/3 者；③不愿配合完成结局评估者；④由于试验导致严重不良事件发生者。

1.3 治疗方法 3 组均给予常规康复治疗，其中①头针组：接受头针干预，按照《针灸推拿学》［13］中的头针穴名标准化方案［12］取穴，选取大脑病灶侧顶颞前斜线（MS6）上3/5 肢体运动区。针刺入后双向捻转针柄，频率约100 次/min，捻转1～2 min，留针20 min。在留针期间间隔10 min 以相同频率运针1 min。②rTMS 组：接受rTMS 干预，根据rTMS 临床运用指南［14］和临床常用的经颅磁刺激参数的设置，采用100%静息运动阈值，以1 Hz 的脉冲频率持续刺激受试者大脑健侧的初级运动皮质20 min，一次rTMS 干预共产生1 200 个脉冲数，期间每隔7 s 进行一次刺激，在10 次刺激中将可诱导至少5 次示指运动的最小刺激强度确定为刺激强度。③头针联合rTMS 组：接受头针同步联合rTMS 干预。以上3 组均连续治疗2 周，每次20 min，1 次/d，每周6 次，共12 次。

1.4 仪器与方法 干预前后行静息态fMRI 扫描。华中科技大学协和深圳医院采用Siemens 3.0 T MRI扫描仪（Medical Erlangen，SKYRA）和正交激活48 通道线圈。福建中医药大学附属康复医院采用Siemens 3.0 T MRI 扫描仪（Medical Erlangen，PRISMA）和正交激活64 通道线圈。扫描序列与参数：解剖像T1WI 采用SE 脉冲序列，TR 2 530 ms，TE 2.98 ms，翻转角7°，视野220 mm×220 mm，矩阵256×256，层厚1 mm，无间隔；静息态BOLD 扫描，采用EPI 序列，TR 2 000 ms，TE 30 ms，翻转角90°，视野240 mm×240 mm，矩阵64×64，层厚3.5 mm，无间隔。

运用静息态fMRI 计算VMHC，计算公式为：

其中Var（x）和Var（y）分别表示2 个脑区时间序列的总体方差，Covxy（μ）表示2 个脑区平均时间序列的协方差。

1.5 统计学处理 运用Stata 16.0 软件进行统计分析，计量资料若服从正态分布用±s 表示；非正态分布用中位数四分位间距［M（QL，QU）］表示。基线资料中的性别、偏瘫侧计数资料以频数表示。计量资料比较采用单因素方差分析或多个独立样本Kruskal-Wallis H 检验，计数资料采用Fisher 确切概率法分析。检验结局指标的正态性及干预前后组间的方差齐性，对不满足正态分布或方差齐性的数据进行正态性或方差齐性转换。干预前后的组间比较采用单因素方差分析，行配对t 检验。检验水准为α=0.05，以P＜0.05 为差异有统计学意义。

1.6 数据处理及分析 MRI 数据的处理和分析均在Matlab 运行环境下进行。

1.6.1 MRI 数据预处理 运用SPM8 软件包对fMRI数据进行预处理。步骤如下：①数据格式转换，将原始DICOM 格式文件转换为NIFTI 格式进行分析。②删除前10 个时间点采集的图像，避免机器开始运行可能出现信号采集不稳定的情况。③时间层校正，fMRI 图像采集为隔层扫描，通过校正不同层面的大脑图像视为在同一时间点采集。④头动校正。⑤结构像和功能像配准。⑥空间标准化，将蒙特利尔神经病学研究所（Montreal Neurological Institute，MNI）空间坐标系作为参考。⑦空间平滑，采用6 mm 半高宽的高斯平滑配准后的功能图像以提高SNR。

1.6.2 VMHC 计算 运用REST（Resting-State fMRI Data Analysis Toolkit）软件包，滤波预处理被试图像的时间序列中0.01～0.08 Hz 的低频信号波动，并通过回归头动协变量去除受试者沿x、y、z 3 个轴上的平移，以及围绕这3 个轴的旋转运动对于信号的干扰。计算双侧大脑半球内对称性等位体素之间的相关系数，并经Fisher-z 正态分布转换。

1.6.3 VMHC 的统计比较 ①将单侧的自动解剖标记（anatomical automatic labeling，AAL）作为掩膜，在掩膜内进行组内的统计比较；②VMHC 的组内比较采用配对t 检验分析组内干预前后VMHC 强度的变化；③把每个单个体素的阈值设为P＜0.05，运用Alphasim 校正模拟1 000 次体素P＜0.05 的随机分布，以控制假阳性率。

2 结果

2.1 3 组一般资料比较（表1）34 例均行T1WI 和BOLD 扫描，剔除前后不完整数据12 例，经图像质量控制，排除头动平移>3 mm 或旋转>3°共3 例。最终纳入19 例进行分析，其中头针组4 例，rTMS 组9 例，头针联合rTMS 组6 例。3 组年龄、性别、BMI、病程和病灶侧比较差异均无统计学意义（均P>0.05）。

表1 3 组一般资料比较

2.2 3 组干预前后VMHC 组内比较（表2）经Alphasim 校正显示干预前后相比：头针组双侧背外侧额上回、额中回、辅助运动区、颞中回、颞下回、角回、小脑、距状裂的VMHC 均较干预前增强（均P＜0.05）；rTMS 组双侧颞下回、角回的VMHC 均较干预前增强（均P＜0.05）；头针联合rTMS 组双侧背外侧额上回、颞极、小脑均较干预前减弱（均P＜0.05）（图1）。

图1 3 组干预前后体素镜像同伦连接（VMHC）差异脑区（P＜0.05，Alphsim 校正）（rTMS，重复经颅磁刺激；TIG，颞下回；AG，角回；FSG，背外侧额上回；SMA，辅助运动区；CB，小脑；PIG，顶下缘角回；TP，颞极；ACC，前扣带回。颜色条为t 值，红色代表t 值升高，蓝色代表t 值降低）

表2 3 组干预前后VMHC 组内比较

3 讨论

头针治疗卒中的历史悠久，其理论基础来源于传统针灸理论。国际标准化头针方案定位的顶颞前斜线MS6 是临床治疗神经系统疾病常用的头针取穴部位［15］。对于头针干预卒中的效应机制，郎奕等［16］针刺卒中偏瘫患者病灶侧MS6，发现针刺MS6 对卒中偏瘫患者的神经功能恢复有促进作用，并推测其机制可能与运动调节中枢及部分感觉皮质结构重塑相关。Zanardi 等［17］认为，针刺MS6 可特异性激活楔前叶和顶上小叶与手运动控制和执性相关的脑区。戴双燕等［18］基于事件相关电位探讨针刺MS6 治疗脑卒中偏瘫的即刻效应，提出头针刺激皮质运动功能区，可降低大脑执行运动的能量损耗，激活受损脑区及运动相关皮质，提高了大脑对运动过程的处理效率，促进运动功能的即刻改善。

最新出版的rTMS 临床运用指南［14］将低频rTMS列为A 级证据用于治疗卒中亚急性期运动障碍。有研究发现，即使多年后，在常规康复治疗无效的情况下，运用低频rTMS 仍可使瘫痪的功能得到改善［19］。研究表明，低频rTMS 通过刺激病灶对侧M1 可整体调制大脑功能，进而改善卒中上肢运动功能障碍［20］。Salatino 等［21］运用低频rTMS对卒中上肢运动障碍患者健侧半球M1 连续干预5 d，与干预前相比，偏瘫侧前臂伸展、外展及屈曲得到改善，且通过fMRI 观察发现，当患侧上肢活动时，健侧半球皮质激活减少，以及病灶半球的运动前区与顶叶上区激活较前增加。

目前证据表明，低频rTMS 能干预卒中后大脑的可塑性，临床上常使用1 Hz 的低频rTMS 辅助改善卒中患者上肢运动障碍。在此基础上，有学者提出低频rTMS 与其他的康复方法联合使用，如低频rTMS联合高频rTMS［22］、低频rTMS 联合虚拟现实训练［7］

及低频rTMS 联合头针［23］等，有望更有效地改善卒中患者肢体运动功能。头针和rTMS 治疗卒中患者的机制途径较多，本研究从大脑半球间镜像等位脑区的VMHC 发生变化的角度，探讨头针、rTMS 治疗上肢功能障碍脑梗死患者潜在的神经生理学机制。

静息态功能连接分析可用于研究和评估大脑区域之间BOLD 信号交互作用的信息［24］。通过静息态fMRI 可更加全面地了解卒中大脑功能网络的变化情况［25］。卒中运动障碍患者大脑半球间脑区功能的协调已得到越来越广泛的关注，Urbin 等［26］认为，运动同伦脑区半球间的功能连接与卒中上肢运动控制存在相关性，且同伦脑区间功能连接无差异。运动同伦脑区功能连接的变化可能是卒中运动功能康复的基础，且认知相关脑区，如背外侧前额叶皮质、顶下小叶、颞叶皮质的功能连接影响着运动功能的学习和执行［27］。

脑区与脑区之间形成了一个密切联系且相互整合的系统，不同的康复方法可引起卒中患者相应的大脑皮质功能连接的恢复或重组。在调节半球间连通性的治疗方法（如rTMS 等）的背景下，通过VMHC计算双侧脑区等位体素间神经活动的相关性是探讨干预机制的重要指标［8］。通过VMHC 能够检测半球间等位体素的异常连接。

本研究发现，头针组双侧背外侧额上回、额中回、辅助运动区、颞中回、颞下回、角回、小脑、距状裂的VMHC 较干预前增强；rTMS 组双侧颞下回、角回的VMHC 较干预前增强；头针联合rTMS 组双侧背外侧额上回、颞极、小脑较干预前减弱。研究表明，卒中运动障碍患者颞下回VMHC 较正常人降低［28］，推测颞下回VMHC 的增强有利于运动障碍的恢复。本研究头针组和rTMS 组颞下回VMHC 均较干预前增强，提示头针组和rTMS 组有可能是通过改善双侧颞下回脑区功能连接达到治疗的目的。关于其他脑区VMHC 的变化，则需更多的研究证据支持，尤其是头针联合rTMS 组出现了部分脑区VMHC 较干预前减弱。有研究提示，认知相关脑区VMHC 下降有利于卒中脑功能损伤的恢复［27］，认为在卒中恢复期，随着运动技能的重新获得减少了对认知支持的需求，因而认知相关脑区功能连接下降，考虑不同脑区的功能恢复期VMHC 会有不同的变化（升高或降低），故而头针联合rTMS 组出现了双侧背外侧额上回、颞极、小脑较干预前减弱，有可能是这些脑区的特殊性所导致的。Shan 等［29］研究表明，海马/杏仁核、额极VMHC 与运动功能恢复存在负相关，头针联合rTMS组双侧颞极VMHC 较干预前减弱，提示头针联合rTMS 组有可能通过降低双侧颞极功能连接改善患者的上肢运动功能。然而本研究的例数较少，以上结论只是推测，尚需要更多的研究证实。

总之，头针和rTMS 治疗上肢运动功能障碍脑梗死患者的神经生理学机制可能是通过改变不同脑区半球间功能连接实现的，这为卒中后上肢运动功能障碍的中枢机制研究提供了新的视角。

致谢感谢福建中医药大学附属康复医院神经康复五科、放射科对课题的大力支持！